CN101871129A

CN101871129A - 高固含量碱溶羟乙基纤维素纤维纺丝原液的制备方法

Info

Publication number: CN101871129A
Application number: CN200910057138A
Authority: CN
Inventors: 尤秀兰; 念军; 尤松
Original assignee: YANCHENG LANBANG TECHNICAL FIBER CO Ltd
Current assignee: YANCHENG LANBANG TECHNICAL FIBER CO Ltd
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2009-04-27
Publication date: 2010-10-27

Abstract

一种高固含量碱溶羟乙基纤维素纤维纺丝原液的制备方法，属于环境友好的新型纤维材料制造技术领域。本发明包括以下内容：(1)将浓度为4～12％的稀碱溶液与醚化度为0.2～0.6的碱溶羟乙基纤维素粉末分别连续定量地加入到第一异向双螺杆挤出机，其中碱溶羟乙基纤维素的重量百分比为6～18％；(2)充分混合后连续挤入第二同向双螺杆挤出机，调节溶解温度为-30～5℃，物料停留时间为10～60分钟，充分溶解并调节好温度和脱泡后挤出，形成碱溶羟乙基纤维素纤维纺丝原液，直接计量、过滤后即可进行湿法纺丝。本发明的有益效果是：物料混合、溶解、脱泡工序连续、高效，有利于实现碱溶羟乙基纤维素连续、稳定的纺丝。

Description

高固含量碱溶羟乙基纤维素纤维纺丝原液的制备方法

技术领域

本发明涉及一种环境友好的新型纤维材料制造技术领域，特别是涉及一种高固含量碱溶羟乙基纤维素纤维纺丝原液的制备方法。

背景技术

植物纤维素是一种天然的高分子聚合物，是来源最丰富的天然形成的有机高分子，并且可再生和可生物降解。由于纤维内复杂的结晶和无定型形态，大量的氢键和很高的分子量，纤维素既不熔融、也不溶于许多溶剂，而使纤维素远远没有被充分利用，因此，任何有效的、简单的或快速的溶解方法都具有重要意义。

目前，主要的再生纤维素产品基本都采用传统的粘胶工艺，是将纤维素用18％的氢氧化钠的浸渍后，与二硫化碳作用生成纤维素磺酸酯，再用稀碱溶解形成粘胶液后，进行湿法纺丝制得粘胶纤维或流延形成玻璃纸。该法在生产过程中释放出大量的有毒CS₂和H₂S气体，不仅损害人体健康，而且严重污染环境。

近年来，出现了新溶剂N-甲基氧化吗琳(MMNO)，并被公认为是最有前途的纤维素溶剂。德国Akzo Nobel公司首先获得它的纤维素纤维溶剂纺丝法专利，并于1980年获得生产工艺专利。1989年布鲁塞尔国际人造丝及合成纤维标准局(BISFA)把由这类方法制造的纤维素纤维的分类定名为“Lyocell”。此后，国际上已有少量Lyocell纤维已进入市场，但由于其价格昂贵、纺丝温度较高，工业化生产发展缓慢。

中国专利ZL0011485.5用6wt％NaOH/4wt％尿素水溶液作为纤维素新溶剂，并成功制备出强度优良的再生纤维素膜。但是该溶剂体系必须与纤维素混合并冷冻3～5小时才能溶解纤维素制备透明的纤维素浓溶液，因此，难以实现产业化。

中国专利ZL200310111567.8公开了一种以3.0～7.0wt％的氢氧化锂，4.0～30.0wt％的尿素的水溶液作为新溶剂，通过冷冻-解冻方法或者直接溶解方法溶解纤维素制备再生纤维素丝和膜的方法。该溶解方法可溶解聚合度高达2300的天然纤维素和再生纤维素，但该方法制得的纺丝或制膜原液的纤维素固含量较低，一般在5％以下，不利于提高产业化的效率。

近年来，国内外对问题新型绿色溶剂离子液体溶解和加工纤维素也进行了许多研究，如USP2003157351、WO2006108861、CN1596282、CN200810033109.X等都公开国使用离子液体溶解纤维素及纤维制造方法。但采用离子液体作为纤维素溶剂体系，存在溶解效率低、成本高、实现产业化困难的问题。

因此，开发无污染、简单、快速、高效的纤维素溶解新方法，是纤维素能够被充分利用的关键，是纤维素应用的发展方向。

CN200710045669.2提出了合成纺丝/制膜用碱溶性羟乙基纤维素的方法，提出了将固态碱纤维与气态的醚化剂环氧乙烷进行气固相醚化反应制备不溶于水而溶于稀碱的羟乙基纤维的方法，该合成方法工艺简单、无污染、反应条件温和。

本发明在此基础上，进一步拓展研展碱溶羟乙基纤维素的溶解过程，提出了采用组合双螺杆挤出机实现高固含量碱溶性羟乙基纤维素纤维纺丝原液的制备方法，实现物料混合、溶解、脱泡工序连续、高效地进行，有利于连续、稳定地实现碱溶羟乙基纤维素纤维的纺制。

发明内容

本发明的目的是提供一种高固含量碱溶性羟乙基纤维素纤维纺丝原液的制备方法。该试方法工艺流程简短、操作方便、可实现高效、连续、稳定地实现碱溶羟乙基纤维素纤维的纺制。

为实现上述发明目的，本发明提供的技术方案是：一种高固含量碱溶性羟乙基纤维素纤维纺丝原液的制备方法，包括以下内容：(1)将浓度为4～12％的稀碱溶液与醚化度为0.2～0.6的碱溶羟乙基纤维素粉末分别连续定量地加入到第一异向双螺杆挤出机，其中碱溶羟乙基纤维素的重量百分比为6～18％；(2)充分混合后连续进入第二同向双螺杆挤出机，调节溶解温度、螺杆转速，使碱溶性羟乙基纤维素充分溶解，并调节好浆液温度和脱泡后挤出，形成碱溶羟乙基纤维素纤维纺丝原液，直接计量、过滤后就可进行湿法纺丝。

所述醚化度为0.2～0.6的羟乙基纤维素粉末可由不同的天然纤维素或再生纤维素经环氧乙烷醚化反应并控制醚化度制得。

所述的第一异向双螺杆挤出机的螺杆直径为25～150mm，长径比为5～20，混合温度为-5～30℃，物料停留时间为1～10分钟。

所述的第一异向双螺杆挤出机的两根螺杆由深槽捏合元件组成，物料在其中有强烈的反混作用，使物料在短时间内达到微观混合效果，且自清洁作用好。

所述的第二同向双螺杆挤出机的螺杆直径为25-105mm，长径比为40～60，溶解温度为-30～5℃。螺杆转速为15～200rpm。

所述的第二同向双螺杆挤出机的两根相互啮合的双螺杆，其前半部分由各种正向螺纹套、不同旋向的捏合块、以及少量的反向螺纹套组成，其中，捏合块的长度占该部分长度的50％以上，以利于羟乙基纤维素的溶解。

所述的第二同向双螺杆挤出机的两根相互啮合的双螺杆，其后半部分由沿出口方向螺距逐渐减小的螺纹套组成，使溶解完的羟乙基纤维素纺丝溶液在向出口推动过程中，压力逐渐增大，使溶液中的气泡向压力低的方向逸出。

利用本发明方法制备碱溶羟乙基纤维素纤维的纺丝原液，可大大缩短溶解纤维素的时间，同时大幅度提高纤维素的固含量，且全过程连续、稳定，具有广泛的产业化前景。

与已有技术相比较，本发明具有显著的技术进步：(1)本方法与传统的粘胶工艺有着本质的区别，革除了长期大量使用的二硫化碳，且可处理高聚合度纤维素原料且进行高浓度的纤维素溶解的优势；(2)与纤维素新溶剂体系相比较，成本大大降低，且溶解效率也大幅度提高；(3)采用组合双螺杆挤出机实现高固含量碱溶性羟乙基纤维素纤维纺丝原液，实现物料混合、溶解、脱泡工序连续、高效地进行，有利于连续、稳定地实现碱溶羟乙基纤维素纤维的纺制，具有广阔的产业化前景。

具体实施方式

结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不限制本发明的范围。

实施例1

分别采用液体计量加料系统和高精度失重式连续计量装置将8.0wt％的氢氧化钠溶液和醚化度为0.40的羟乙基纤维素粉末以150g/min和15g/min的速率加入直径为Φ40，长径比为15的第一异向双螺杆挤出机，控制螺杆转速为120rpm，经充分混和后，连续挤入直径为Φ55，长径比为60的第二同向双螺杆挤出机，控制第二双螺杆挤出机的温度为-20℃，转速为40rpm，得到充分溶解、温度调节好、气泡脱尽的透明均匀的纺丝原液，可纺性很好，经计量、过滤后，通过湿法纺丝、热处理后获得的羟乙基纤维素纤维的断裂强度为2.53cn/dtex，拉伸模量为70cn/dtex，伸长率为15.2％。

实施例2

分别采用液体计量加料系统和高精度失重式连续计量装置将8.0wt％的氢氧化钠溶液和醚化度为0.40的羟乙基纤维素粉末以150g/min和20g/min的速率加入直径为Φ40，长径比为15的第一异向双螺杆挤出机，控制螺杆转速为120rpm，经充分混和后，连续挤入直径为Φ55，长径比为60的第二同向双螺杆挤出机，控制第二双螺杆挤出机的温度为-25℃，转速为40rpm，得到充分溶解、温度调节好、气泡脱尽的透明均匀的纺丝原液，可纺性很好，经计量、过滤后，通过湿法纺丝、热处理后获得的羟乙基纤维素纤维的断裂强度为2.96cn/dtex，拉伸模量为73cn/dtex，伸长率为14.6％。

实施例3

分别采用液体计量加料系统和高精度失重式连续计量装置将8.0wt％的氢氧化钠溶液和醚化度为0.40的羟乙基纤维素粉末以150g/min和25g/min的速率加入直径为Φ40，长径比为15的第一异向双螺杆挤出机，控制螺杆转速为120rpm，经充分混和后，连续挤入直径为Φ55，长径比为60的第二同向双螺杆挤出机，控制第二双螺杆挤出机的温度为-25℃，转速为40rpm，得到充分溶解、温度调节好、气泡脱尽的透明均匀的纺丝原液，可纺性很好，经计量、过滤后，通过湿法纺丝、热处理后获得的羟乙基纤维素纤维的断裂强度为2.99cn/dtex，拉伸模量为78cn/dtex，伸长率为13.1％。

Claims

1.一种高固含量碱溶羟乙基纤维素纤维纺丝原液的制备方法，其特征在于醚化度为0.2～0.6碱溶的羟乙基纤维素粉末与4～12％的稀碱溶液分别连续加入第一异向双螺杆挤出机中进行充分混合后，进入同向双螺杆挤出机2中，完成羟乙基纤维素的溶解和脱泡，形成固含量为6～18％的羟乙基纤维素纺丝原液。

2.根据权利要求1所述的高固含量碱溶羟乙基纤维素纤维纺丝原液的制备方法，其特征在于所述醚化度为0.2～0.6的羟乙基纤维素粉末可由不同的天然纤维素或再生纤维素经环氧乙烷醚化反应并控制醚化度制得。

3.根据权利要求1所述的高固含量碱溶羟乙基纤维素纤维纺丝原液的制备方法，其特征在于所述的第一异向双螺杆挤出机的螺杆直径为25～150mm，长径比为5～20，混合温度为-5～30℃，物料停留时间为1～10分钟。

4.根据权利要求1所述的高固含量碱溶羟乙基纤维素纤维纺丝原液的制备方法，其特征在于所述的第一异向双螺杆挤出机的两根螺杆由深槽捏合元件组成，物料在其中有强烈的反混作用，使物料在短时间内达到微观混合效果，且自清洁作用好。

5.根据权利要求1所述的高固含量碱溶羟乙基纤维素纤维纺丝原液的制备方法，其特征在于所述的第二同向双螺杆挤出机的螺杆直径为25-105mm，长径比为40～60，溶解温度为-30～5℃。螺杆转速为15～200rpm。

6.根据权利要求1所述的高固含量碱溶羟乙基纤维素纤维纺丝原液的制备方法，其特征在于所述的第二同向双螺杆挤出机的两根相互啮合的双螺杆，其前半部分由各种正向螺纹套、不同旋向的捏合块、以及少量的反向螺纹套组成，其中，捏合块的长度占该部分长度的50％以上，以利于羟乙基纤维素的溶解。

7.根据权利要求1所述的高固含量碱溶羟乙基纤维素纤维纺丝原液的制备方法，其特征在于所述的第二同向双螺杆挤出机的两根相互啮合的双螺杆，其后半部分由沿出口方向螺距逐渐减小的螺纹套组成，使溶解完的羟乙基纤维素纺丝溶液在向出口推动过程中，压力逐渐增大，使溶液中的气泡向压力低的方向逸出。